Edificata a partire dal 1382 sui ruderi del palazzo del conte Giovanni Aldobrandeschi, la Pieve conserva una straordinaria raccolta di opere in maiolica di Andrea della Robbia, fatte eseguire da Guido Sforza forse in occasione della visita di Papa Pio II° a Santa Fiora, nel 1463.
Il rosone duecentesco proviene, con molta probabilità, dalla Chiesa di San Leonardo, che si trovava in Piazza di Castello.
La Pieve attuale sostituì nel Quattrocento la Pieve vecchia, situata fuori dal centro storico e andata distrutta in un incendio. Fu allora che venne commissionato il prezioso reliquiario delle Sante Flora e Lucilla.